【共同研究報告】（自然科学部門）

栄養成分によるがん化・老化予防効果とゲノム安定性制御機構の研究

吉岡白川

国立がん研究センター研究所発がん・予防研究分野

研主任研究員東北大学大学院農学研究科栄養学分野
緒言

一
仁准教授

ム安定性が保持される限りは、ARF/p53 経路が継続的

がんは、加齢がリスク要因となり、ゲノム不安定性とに機能的であり、細胞は H2AX レベルが低下した静止多数の変異を伴って発症している。このタイプ（加齢が状態で継続的に維持される8）。これに対して、この状態リスク要因となるタイプ）のがんの罹患率は、過去数十の細胞は年間で大きく上昇し、現在では、国民の半数近くが罹患増殖ストレスにより DNA 複製に伴う DNA 損傷に起因し、約 3 分の 1 の死因となっている。この罹患率の上昇

し た ゲ ノ ム 不 安 定 性 が 生 じ て し ま う 3, 6）。 こ の た め、は、近年の食習慣変化に起因していると考えられる。実

ARF/p53 経路が変異し、H2AX 発現が回復した不死化

際、がん罹患率は、食習慣の差異で大きく異なることが細胞の出現を許容してしまうこと、などが明確になって知られている。これらのことから、現在、がん予防のた

きた（我々の研究成果から）9）。

めの栄養学的な概念の構築が急務に望まれる課題でDNA 修復能が低下

近年、 がん予防ある。としているため、過剰な寿命延伸は同時に発揮される効果であることが示唆されている。実際、赤ワインポ

ゲノム不安定性は、広く DNA 修復因子が変異した背リフェノール・レスベラトロールやコーヒーポリフェ景で認められ、これががんの促進要因になることが知ら

ノール・クロロゲン酸などの摂取で、寿命延伸とがん予れている。しかしながら、実際のヒトのがんは、ほとん防の両方の効果が同時に獲得できることが、疫学や動物どの場合で素因となる DNA 修復能の異常がないにも関実験などによって示されている。重要なことに、ここでわらず、ゲノム不安定性を伴って発症している。このこ認められているとは、正常な細胞でも、DNA 修復能が低下し得ること安定性を伴って発症するタイプのがん（加齢がリスク要を示唆している。実際、遺伝的に DNA 修復能が正常な因となるがん） に対して認められる。このことから、背景でも、広く老化状態の細胞には、DNA 損傷が蓄積ゲノム安定性の効果しており、これが細胞老化の原因になっていることが知果が現れている可能性が考えられる。重要なことに、ゲ

がん予防の効果は、広くの結果として1）られている 。これまでに我々は、『細胞に自然発生的ノム安定性は、 DNA 損傷修復に現れるゲノム不がん予防の効に伴う効果であること

ゲノム不安定性のリスク要因（DNA 修復能から、ゲノム安定性が継続的に保持される背景では、が低下する要因）』に注力し、細胞が増殖停止する過程DNA 損傷が蓄積していないものと考えられる。このこ

では、ヒストン H2AX の発現レベルが著しく低下してとは、細胞老化が、広く DNA 損傷の蓄積に伴って誘導いること、これに伴って DNA 修復能が低下される点に鑑み、ゲノム安定性が保持される背景はしてお化を防御する効果

り、これがゲノム不安定性のリスク要因となっているこ
2–4）

老にも貢献していると期待され、広く。実際、H2AX は、細胞の増殖活性老化関連疾患の防御効果と寿命延伸効果を誘導する基本に貢献すると同時に、ゲノム安定性に必須な（DNA 損的な制御機構として機能している可能性が考えられる。

傷部位で γH2AX foci の形成、DNA 修復因子群を集積、本研究では、ポリフェノール等の食品成分（機能性食と、を見出した

5）修復機構を活性化する）ことが示されている 。重要な品）によってもたらされる

ことに、H2AX レベルが低下した状態は、ARF/p53 経の効果につき、その作用点の解明、さらに、その栄養学路によって制御・維持されている 6, 7）。このため、ゲノ的な効果を明確にすること、を最終ゴールとしている。
1

がん予防と寿命延伸吉

図1

岡研

一・

白川

仁

一過的な H2AX 発現に伴う DNA 二重鎖切断の修復

正常細胞は H2AX レベルの低下に伴って増殖停止している。この状態の細胞でも、DNA 二重鎖切断は一過的な H2AX の発現誘導に伴って修復される。

図2

ポリフェノール処理による一過的な Factor X 発現正常細胞は H2AX 低下に伴って増殖停止しているため、この状態の細胞は DNA 修復能が低下しており、しばしば DNA 損傷の蓄積が認められる。ポリフェノールを処理によって DNA 修復に関わる Factor X の発現が一過的に誘導され（A and B）、クロマチンに導入されることが示された（C）。とによる動物ゲノム安定性に対する効果を明確にすること

この目的のため、のメカニズム解析を用いた栄養学的な解析から遂行した。細胞を用いたとした。tSD-3T3 プロトコールによる培養法3）で静止状の機能解析では、DNA 修復能が低下した背景で態の細胞を準備し、レスベラトロール処理による DNAの DNA 修復能の活性化、この時の DNA 損傷の蓄積状修復に関わる Factor X の発現に対する影響を解析した。

態、さらに、これに伴う細胞の不死化に対する防御効

この結果、レスベラトロールによって Factor X が一過果、を明確にすることを目指した。特に、最近我々が見的に誘導されることが見出された（図 2A、B）。このと出した「 DNA 二重鎖切断

き誘導された Factor X は、効果的にクロマチンに導入に対して誘導される一過的
9）

な H2AX 発現に伴う修復能の活性化機構（図 1） 」と同されていた（図 2C）。これまでの我々の解析で、静止し様に、修復能が活性化されるかという点に注力して解析た細胞状態におけるした。また、動物を用いたにおける栄養学的なは DNA の修復過程で認められている点に鑑み10）、『レ解析では、発がんに対する防御効果を明確にすることをスベラトロールが一過的に Factor X を発現誘導する』目指した。という結果は、レスベラトロールが一過的に DNA 修復一過的な Factor X の発現上昇能を活性化している可能性を示唆していると考えられ結果る。そこで、DNA 損傷のマーカーである γH2AX foci のポリフェノールによるゲノム安定性効果形成状態を解析したところ、レスベラトロールを処理しゲノム不安定性のリスクが、H2AX レベルの低下したた背景では γH2AX foci の形成は顕著に抑制されていた静止状態で上昇していると考えられることから、本研究（図 3）。このことは、実際に、レスベラトロールの処理では、まず、この状態の細胞に対して、ポリフェノールにより、DNA 損傷の修復が誘導されていることを示唆
2

栄養成分によるがん化・老化予防効果とゲノム安定性制御機構の研究

復能の活性化に対する効果（ゲノム安定性に対する効果）に伴って、がんを防御する効果を検証するため、発がんの動物（マウス）モデル実験を、化学発がん物質である BrKO3 を用いた腸管に発がんを誘導する実験系で実施し、この系での発がんに対するレスベラトロールによる効果を検証した。ここでは、BrKO3 は飲料水に加え、レスベラトロールは餌に含ませて、発がんに対する影響を解析することとした（現段階では終了していない）。今後、その効果を明確にし、この制がん効果の作用点が、DNA 修復に伴う効果、ゲノム安定性に伴う効
図3

果、であるか否かを明確にすることを目指し、さらに解レスベラトロール処理による DNA 修復に対する影響析を進める予定である。

正常細胞は H2AX 低下に伴って増殖停止しているため、この状態の細胞は DNA 修復能が低下している。ポリフェノールを処理によって γH2AX のフォーカスへの影響が観察された。

考察
正常細胞は、増殖停止した静止状態を形成し、この状している。
次に、コーヒーポリフェノール・クロロゲン酸や玄米態で形質転換（不死化）から防御されている 3, 6）。この等に含まれるポリフェノール・アントシアニンによる状態は、ARF/p53 経路の制御下で H2AX レベルが大きFactor X の発現に対する影響 を上と同様に解析した。

く低下した状態で形成されている 6, 7）。実際、正常な臓

その結果、レスベラトロールの場合と同様に、 一過的器で認められる増殖停止した細胞でも H2AX レベルがな Factor X の発現上昇が、クロロゲン酸やアントシ大きく低下しており、臓器の恒常性は、この状態で維持アニンの処理により誘導された（図 2A、B）。このことされている3）。H2AX レベルが抑制された細胞は、増殖

か ら、 ク ロ ロ ゲ ン 酸 や ア ン ト シ ア ニ ン も、 一 過的に停止した状態である一方で、DNA 損傷の修復能が低下

Factor X 修復能を活性化し、ゲノム安定性に貢献してした状態に陥っている。このため、この状態の細胞は、いる可能性が考えられる。

DNA 複製ストレスを伴う刺激によってゲノム不安性が誘導されやすいことが示されている 3, 11）。最近の我々のポリフェノールによる細胞の不死化からの防御効果解析で、増殖停止細胞でも、放射線照射によって生じたゲノム安定性に対する効果を明確にするために、ゲノDNA 二重鎖切断は、一過的な H2AX 誘導に伴って修復ム不安定性に伴って誘導される MEF（マウス胎仔線維されることが見出された10）。これは、静止状態の細胞で芽細胞）の不死化への影響を解析した。ここでは、レスの、DNA 修復能の活性化機構である。本研究から、レベラトロール、アントシアニンあるいはクロロゲン酸をスベラトロールなどのポリフェノールが、DNA 修復能3 日に 1 回添加し、MEF の不死化を防御する効果に対すの活性化に関わる Factor X の一過的な発現る影響を解析した。この結果、ポリフェノール（レスベしていること、これに伴って一過的に DNA 修復能を活ラトロール、クロロゲン酸、アントシアニン）の定期的性化され、これがゲノム安定性の効果が現れると考えらな添加により、MEF の不死化に対する防御効果があるれる。Factor X がゲノム安定性に必須の因子である点可能性が示されている（現段階では終了していない）。に鑑み、これらの結果は、ポリフェノールが、一過的な重要なことに、MEF はゲノム不安定性を伴って不死化

Factor X 誘導を介してすることが明確なことから期的な添加により、もしもる効果する効果

2, 3, 6）

、ポリフェノールの定れに伴ってMEF を不死化から防御すしている。

DNA 修復能の活性化

ゲノム安定性を誘導し、こに貢献していることを示唆

今後、がん予防効果に対する DNA 修復能の活性化が明確になった場合は、 ゲノム安定性を保持と ゲノム安定性 との関係を明確にする必要があるが、に伴う効果であると考えられる。

現段階までの結果からは、ゲノムの安定性に対する効果
ポリフェノールによるがん予防効果の解析が効果

生体の恒常性上の実験で見出されたポリフェノールによる DNA 修3に貢献し、結果としてが現れている可能性が考えられる。

がんの抑制

吉要

岡研

一・約

白川

仁

つある。現段階で、ポリフェノールによる制がん効果の作用点が、本当に『一過的な Factor X 発現に伴う DNAがんは、加齢がリスク要因となり、 ゲノム不安定性を伴って発症する疾患で修復能の活性化効果（ゲノム安定性に伴う効果）』であある。近年、食習慣の変化に起因して、がんの罹患率はることを、明確に示すには至っていないが、この可能性大きく上昇してきた。加齢がリスク要因となるがんは、を示唆しているものと考えられる。とARF/p53 経路等の変異

ゲノム不安定性と多数の変異（ARF/p53 経路等）を伴っ謝て発症する。ポリフェノール類（レスベラトロール等）

辞本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りました公が、がん化と老化の両方を防御することが示唆されているが、このがん予防効果は、広くを伴って発症するタイプのがん益財団法人三島海雲記念財団に心より感謝申し上げまゲノム不安定性す。

に対して認められている。このことから、ポリフェノールによる効果が、ゲノム安定性に対する効果である可能性が考えられる。そこ

文で本研究では、レスベラトロールなどのポリフェノール

1） O. A. Sedelnikova, et al.:
, 6, 168–170,2004.
2） Y. Ichijima, et al.:
, 5, e8821, 2010.
3） Y. Atsumi, et al.:
, 6, e23432, 2011.
4） H. Fujimori, et al.:
, 287, 36777–36791,2012.
5） W. M. Bonner, et al.:
, 8, 957–967,2008.
6） T. Osawa, et al.:
, 432, 34–39, 2013.
7） Y. Atsumi, et al.:
, 288, 13269–13277, 2013.
8） K. Yoshioka, et al.:
, 13, 6492–6506, 2012.
9） K. Yoshioka, et al.:
, 7, 483–489,2015.
10） Y. Atsumi, et al.:
, 13, 2728–2740, 2015.
11） Y. Minakawa, et al.:, 21, 789–797, 2016.

によるゲノム安定性とがん抑制に対する作用点を明確にすることを目指した。最近の我々の研究から、正常細胞の増殖停止は H2AX 発現レベルの低下に伴って誘導されており、これが DNA 修復能の低下とゲノム不安定性リスクの上昇の背景となっていることが示された。本研究では、ポリフェノールが、Factor X を一過的に発現誘導する効果を示した。これに伴って、損傷DNA を修復する効果、ゲノム安定性を維持する効果、細胞を不死化から防御する効果、が認められた。さらに、ポリフェノールによる制がん効果も認められつ4献